Instrumenta

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Instrumentação de Sistemas - INS

• Prof. Cesar da Costa

1ª Aula Conceitos de Instrumentação
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1. Introdução

• O objetivo de se medir e controlar as diversas
  variáveis físicas em processos industriais é
  obter produtos de alta qualidade, com melhores
  condições de rendimento e segurança, a custos
  compatíveis com as necessidades do mercado
  consumidor.

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1. 2 Sistema de Controle em Malha Fechada
(Loop)

• Malha de controle constitui um conjunto de
  elementos (medidor, controlador, atuador, etc.)
  com o objetivo de manter uma das variáveis do
  processo (pressão, temperatura, nível, etc.)
  dentro de um valor pré-estabelecido (set-point).

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1. 2 Sistema de Controle em Malha Fechada
(Loop)

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1. 2 Sistema de Controle em Malha Fechada
(Loop)

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1. 3 Variável de Processo (PV)

• As principais grandezas que traduzem
  transferências de energia num processo são
  chamadas de Variáveis de Processo - PV).
• São exemplos de variáveis de processo Pressão,
  temperatura, nível, vazão, densidade, pH.
• A PV (Variável de Processo) é o que deseja-se
  controlar em um processo industrial.

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1. 3 Variável de Processo (PV)

PV Temperatura
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1. 4 Set-Point (SP)

• É o valor desejável para uma determinada
  variável de processo.
• Em um processo industrial deseja-se controlar a
  PV a partir de um determinado Set-point.
• Pode ser fixo ou variável no tempo.

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1. 5 Erro (E)

• É a diferença entre a Variável de Processo (PV)
  e o set-point (SP). Ou seja
• E SP-PV (controle direto)
• Ou
• E PV-SP (controle reverso)

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1. 6 Variável Manipulada (MV)

• Um controlador analisa o erro (E) e, a partir
  dele, calcula qual deverá ser a atitude a ser
  tomada.
• Ou seja, qual deve ser o valor do elemento final
  de controle para que o erro seja nulo.

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Controle de Malha Fechada

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• Na malha fechada, a informação sobre a variável
  controlada, com a respectiva comparação com o
  valor desejado, é utilizada para manipular uma ou
  mais variáveis do processo.

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• Na figura , a informação acerca da temperatura
  do fluido da água aquecida (fluido de saída),
  acarreta uma mudança no valor da variável do
  processo, no caso, a entrada de vapor.

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• Se a temperatura da água aquecida estiver com o
  valor abaixo do valor do set point, a válvula
  abre, aumentando a vazão de vapor para aquecer a
  água. Se a temperatura da água estiver com um
  valor abaixo do set point, a válvula fecha,
  diminuindo a vazão de vapor para esfriar a água.

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1.7 Controle Feedback

• Em sistemas de malha fechada, o controle de
  processo pode ser efetuado e compensado antes ou
  depois de afetar a variável controlada, isto é,
  supondo que no sistema apresentado como exemplo,
  a variável controlada seja a temperatura de saída
  da água.
• Se o controle for efetuado, após o sistema ter
  afetado a variável (ter ocorrido um distúrbio), o
  controle é do tipo "feed-back", ou realimentado.

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1.8 Malha aberta

• Na malha aberta, a informação sobre a variável
  controlada não é utilizada para ajustar qualquer
  entrada do sistema para compensar variações nas
  variáveis do processo.

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1.8 Malha aberta

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1.9 Elementos de Controle Automático

• Os sistemas de controle automático, basicamente
  são compostos por uma unidade de medida, uma
  unidade de controle e um elemento final de
  controle, conforme mostrado na figura.

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• O Controle Automático dos Processos Industriais
  é cada vez mais empregado por aumentar a
  produtividade, baixar os custos, eliminar erros
  que seriam provocados pelo elemento humano e
  manter automática e continuamente o balanço
  energético de um processo.

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• Para poder controlar automaticamente um processo
  precisamos saber como está ele se comportando
  para poder corrigi-lo, fornecendo ou retirando
  dele alguma forma de energia, como por exemplo
  pressão ou calor.
• Essa atividade de medir e comparar grandezas é
  feita por equipamentos ou instrumentos que
  veremos a seguir.

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1.10 Classificação dos Instrumentos de Medição

• Os instrumentos podem ser classificador por
• a) Função
• b) Sinal transmitido

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1.11 Classificação por Função

• Os instrumentos podem estar interligados entre
  si para realizar uma determinada tarefa nos
  processos industriais.
• A associação desses instrumentos chama-se malha
  e em uma malha cada instrumento executa uma
  função.

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1.12 Classificação por tipo de Sinal Transmitido

• Sinal Tipo pneumático
• Nesse tipo é utilizado um gás comprimido, cuja
  pressão é alterada conforme o valor que se deseja
  representar.
• Nesse caso a variação da pressão do gás é
  linearmente manipulada numa faixa específica,
  padronizada internacionalmente, para representar
  a variação de uma grandeza desde seu limite
  inferior até seu limite superior.

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• O padrão de transmissão ou recepção de
  instrumentos pneumáticos mais utilizado é de 0,2
  a 1,0 kgf/cm (aproximadamente 3 a 15 psi no
  Sistema Inglês).
• Os sinais de transmissão analógica normalmente
  começam em um valor acima do zero para termos uma
  segurança em caso de rompimento do meio de
  comunicação.

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• Sinal Tipo Hidráulico
• Similar ao tipo pneumático e com desvantagens
  equivalentes, o tipo hidráulico utiliza-se da
  variação de pressão exercida em óleos hidráulicos
  para transmissão de sinal. É especialmente
  utilizado em aplicações onde torque elevado é
  necessário.

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• Esse tipo de transmissão é feita utilizando
  sinais elétricos de corrente ou tensão.
• Face a tecnologia disponível no mercado em
  relação a fabricação de instrumentos eletrônicos
  microprocessados, hoje, é esse tipo de
  transmissão largamente usado em todas as
  indústrias, onde não ocorre risco de explosão.

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• Sinal Tipo Elétrico
• Assim como na transmissão pneumática, o sinal é
  linearmente modulado em uma faixa padronizada
  representando o conjunto de valores entre o
  limite mínimo e máximo de uma variável de um
  processo qualquer.

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1.13 Classificação por tipo de Sinal Transmitido

• Sinal Tipo Elétrico
• Como padrão para transmissão a longas distâncias
  são utilizados sinais em corrente contínua
  variando de (4 a 20 mA) e para distâncias até 15
  metros aproximadamente, também utiliza-se sinais
  em tensão contínua de 1 a 5V.

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• Tipo Digital
• Nesse tipo, pacotes de informações sobre a
  variável medida são enviados para uma estação
  receptora, através de sinais digitais modulados e
  padronizados.

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• Para que a comunicação entre o elemento
  transmissor receptor seja realizada com êxito é
  necessário um protocolo de comunicação. Os
  principais padrões de comunicação são
• Modbus RTU
• Fieldbus Foundation
• ProfiBus
• Devicenet
• AS-interface (ASI)

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• Via Rádio
• Neste tipo, o sinal ou um pacote de sinais
  medidos são enviados à sua estação receptora via
  ondas de rádio em uma faixa de frequência
  específica.

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• Via Modem
• A transmissão dos sinais é feita através de
  utilização de linhas telefônicas pela modulação
  do sinal em frequência, fase ou amplitude.
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